Palestrantes Confirmados

Prof. Dr. Ado Jorio de Vasconcelos
Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG

Estudo de elétrons e fônons localizados por espectroscopia nano-Raman

Em 2018, a observação de supercondutividade não convencional em uma bicamada de grafeno rodada de ~1.1 graus [1] alavancou o interesse da comunidade científica nos fenômenos de muitos corpos observados nestes materiais e na chamada “twistrônica”. Este sistema apareceu também como plataforma para demonstração do potencial da técnica de espectroscopia nano-Raman em desenvolvimento no Brasil últimos 15 anos. Nesta palestra será apresentado um resumo dos desenvolvimentos científicos e tecnológicos que nos possibilitaram observar, pela primeira vez, uma estrutura cristalográfica com luz visível, fornecendo informações espectroscópicas importantes sobre a localização de elétrons e fônons na estrutura cristalográfica destes materiais, e sua interação [2]. A palestra versa, também, sobre a importância do desenvolvimento de instrumentação para a realização de uma ciência de fronteira.

[1] Y. Cao, V. Fatemi, S. Fang, K. Watanabe, T. Taniguchi, E. Kaxiras, and P. Jarillo-Herrero, Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices, Nature 556, 43 (2018).

[2] A. C. Gadelha, D. A. A. Ohlberg, C. Rabelo, E. G. S. Neto, T. L. Vasconcelos, J. L. Campos, J. S. Lemos, V. Ornelas, D. Miranda, R. Nadas, F. C. Santana, K. Watanabe, T. Taniguchi, B. van Troeye, M. Lamparski, V. Meunier, V.-H. Nguyen, D. Paszko, J.-C. Charlier, L. C. Campos, L. G. Cançado, G. Medeiros-Ribeiro & A. Jorio. Localization of lattice dynamics in low-angle twisted bilayer graphene. Nature 590, 405 (2021)

Prof. Dr. Carlos Henrique Monken
Universidade Federal de Minas Gerais

Geração de pares de fótons por efeito Raman

A geração de luz com características não-clássicas de correlação tem sido pesquisada desde os primórdios da óptica quântica. O interesse nessas fontes se justifica pelas suas aplicações em experimentos sobre fundamentos de mecânica quântica, informação quântica e comunicação quântica. Os exemplos mais comuns de fontes de luz exibindo correlações não-clássicas são as fontes que geram fótons aos pares. Entre essas fontes, a de uso mais difundido é a conversão paramétrica descendente espontânea em cristais não-lineares, encontrada em vários laboratórios de óptica quântica no mundo, incluindo alguns no Brasil. Nos últimos anos, um novo tipo de fonte tem sido estudado, a saber, a geração de pares de fótons por espalhamento Raman. Nesta palestra apresentarei alguns fatos básicos sobre o espalhamento Raman e como ele pode ser explorado para a construção de fontes de pares de fótons. Discutirei também algumas propriedades, resultados recentes obtidos na UFMG e em outros laboratórios, e possíveis aplicações em dispositivos quânticos.

Dr. Harry Westfahl Jr.
Diretor do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS)

O Sirius e as novas oportunidades de pesquisa para a comunidade brasileira

O Sirius é uma fonte de luz síncrotron de 3 GeV de 4ª geração em operação no LNLS desde 2020. Ao final deste ano o projeto completará uma década desde a sua primeira ação orçamentária, entregando à nossa comunidade científica o estado da arte em infraestrutura de grande porte para investigação da estrutura microscópica de materiais sintéticos, naturais e biológicos. Os primeiros resultados publicados utilizando as linhas de luz da nova fonte de luz síncrotron brasileira já permitem legitimar, perante a comunidade internacional, que o Sirius está chegando à performance prometida com a conclusão da primeira fase de implantação, prevista para meados de 2024, com 14 linhas de luz, 350 mA de corrente no acelerador e modo de injeção contínua de corrente. Seguindo o ritmo atual do projeto, chegaremos ao fim de 2022, completando os primeiros 10 anos de uma empreitada singular de ciência e tecnologia, com 10 linhas de luz em funcionamento e outras 4 em montagem, tendo realizado em 2022 mais de 100 projetos de pesquisa nos experimentos de comissionamento. Este seminário apresentará destaques dos novos resultados do Sirius, o status atual do projeto e os planos de curto e médio prazo para nossa nova fonte de luz síncrotron.

Prof. Dr. Marco Cremona
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro

Geração de luz com semicondutores orgânicos: dispositivos e aplicações

A sociedade contemporânea está cada vez mais dependente da eletrônica. A pesquisa em semicondutores orgânicos é um elemento chave para impulsionar o desenvolvimento de novos dispositivos que permitam novas aplicações comerciais no campo da Eletrônica Orgânica (OE), como a produção de luz fria para iluminação de ambientes e painéis de automóveis, transistores, células fotovoltaicas, sensores e dispositivos flexíveis. Os OLEDs, por exemplo, que derivam seu nome das moléculas orgânicas usadas para produzir luz através do fenômeno da eletroluminescência, são provavelmente o paradigma para a iluminação nos próximos anos. Complexos fosforescentes e íons de terras raras trivalentes têm sido usados ​​como centros emissores em OLEDs para obter alta eficiência e alta pureza de emissão em quase todo o espectro eletromagnético visível. Ao mesmo tempo, transistores orgânicos (OFETs), novos sensores magnéticos e fotodetectores baseados em moléculas orgânicas estão sendo explorados até mesmo para serem transformados em substratos flexíveis (eletrônica flexível). Nesta palestra, mostraremos alguns exemplos de dispositivos orgânicos resultados de nossa pesquisa, inclusive sobre substratos biocompatíveis para aplicações em eletrônica flexível e bioeletrônica.

Prof. Dr. Roberto L. Rodríguez-Suárez
Palestrante Internacional
Pontificia Universidad Católica de Chile

Magnonic Spin Current in Ferromagnetic and Antiferromagnetic Insulators

Since the beginning of spintronics with the discovery of the giant magneto-resistance effect, sophisticated applications, such as hard-disk read heads and magnetic random access memories, have been introduced in the information market. The main operation in spintronics is the creation, manipulation, and detection of spin currents. In classical spintronics, spin currents are generated by using the exchange interaction between conduction electrons and local spins in ferromagnetic conductors. Alternatively, spin currents can also be generated through the spin Hall effect, ferromagnetic resonance (FMR) driving spin pumping, and spin Seebeck effect. On the other hand, their detection is usually done through its conversion into charge currents by means of the inverse spin Hall effect. Spin current phenomena were initially studied in non-magnetic metals, in which a pure spin current consists of electrons with opposite spins moving in opposite directions. Early was recognized that the transport mechanism is the diffusion of spin accumulation generated by some process, such as the spin pumping at the interface with a ferromagnet under FMR. Later it was discovered that spin currents could also flow in ferromagnetic insulators. This gave rise to the areas of magnonics and insulator spintronics, in which the carriers of spin information are magnons, the quanta of spin waves. In the meantime, spin transport in antiferromagnetic insulators (AFIs) was overlooked probably because these materials have vanishing net magnetization. This scenario began to change with new experimental and theoretical results showing that AFs have several advantages over ferromagnets in spintronics phenomena. For example, AFs are insensitive to external magnetic perturbations and its ultrafast dinamics promises device operations in the terahertz range. In this talk, I review the theory for spin transport in ferromagnetic and antiferromagnetic insulators based on the diffusion magnons in these materials.

Prof. Dr. Ronald Dickman
Universidade Federal de Minas Gerais

Transições de fase em gases de rede binárias com interações repulsivas, no equilíbrio e fora de equilíbrio

Estudos de fluidos binários com interações repulsivas de caroço duro entre espécies distintas têm contribuido muito à teoria da separação de fase dirigidas entropicamente. O Widom and Rowlinson mostrarem que em equilíbrio, uma mistura binária com interações de volume excluído entre espécies opostas, e sem interação alguma entre moléculas da mesma espécie, exibe uma separação de fase para densidades de um determinado valor crítico [1]. No gás em rede tipo Widom-Rowlinson (WRLG), duas espécies de partículas (A, B) difundem livremente através de trocas partícula-buraco, sujeito a ambas, exclusão de ocupância dupla e a proibição de pares A-B ocupando sítios primeiros vizinhos [2]. Sendo um sistema atérmico, as densidades de A e B são as únicos parâmetros de controle. A medida que aumentamos a densidade, surge uma transição de fase tipo Ising, levando para estados ordenados com domínios ricos em A ou B separados por interfaces ricas em sítios vazios. Uma variante do WRLG mantido fora de equilíbrio por um "drive" que favoreça saltos de partículas ao longo de uma direção (o DRWLG [3]) apresenta comportamentos atípicos como singularidades no fator estrutura e separação de fases em listras perpendiculares ao drive com um comprimento de onda que varia com a densidade e a intensidade do drive. Atualmente estamos tentando entender estes comportamentos utilizando uma descrição contínua [4]. Finalmente, o estudo da deposição aleatória, irreversível de partículas tipo WRLG em um substrato fornece desafios de análise combinatória e transições percolativas [5].

1. B. Widom and J. S. Rowlinson, J. Chem. Phys. 52, 1670 (1970).

2. R. Dickman and G. Stell, J. Chem. Phys. 102, 8674 (1995).

3. R. Dickman and R. K. P. Zia, Phys. Rev. E 97, 062126 (2018).

4. M. O. Lavrentovich, R. Dickman, and R. K. P. Zia, Phys. Rev. E 104, 064135 (2021).

5. P. H. L. Martins, R. Dickman, and R. M. Ziff, in progress.

Profa. Dra. Andreza Germana da Silva Subtil
Universidade Federal de Viçosa

Nanopartículas luminescentes produzidas por rotas químicas:
Um pouco da história do Laboratório de Produção e Caracterização Óptica de Nanopartículas Luminescentes.

Estudos em nanociência e nanotecnologia estão possibilitando o surgimento de novas tecnologias capazes de alterar de forma significativa o mundo moderno. A nanotecnologia não se limita apenas ao tamanho, mas às propriedades físicas, químicas, biológicas e ópticas únicas que surgem naturalmente quando se trabalha com materiais com tamanhos da ordem de nanômetros, e também à capacidade de manipular e projetar esses efeitos. Dentro deste contexto, nanoestruturas luminescentes, no caso do presente trabalho pontos quânticos produzidos a partir de diferentes materiais, são um dos principais elementos utilizados em pesquisas dentro do domínio da nanociência e nanotecnologia e suas propriedades ópticas têm atraído muita atenção em aplicações tanto em dispositivos, quanto em sistemas biológicos e na área de saúde. O interesse que as nanoestruturas luminescentes vêm despertando não se restringe somente ao seu grande potencial para a utilização em física aplicada. A versatilidade de manipulação dos pontos quânticos, tal que suas propriedades sejam modificadas, faz com que eles sejam, também, sistemas de grande interesse no estudo da física básica. Nosso grupo tem tratado temas relacionados à produção de novos materiais nanoestruturados luminescentes e ao estudo das propriedades físicas fundamentais bem como o estudo da interação da radiação desses materiais nanoestruturados e/ou nanocompósitos por meio de fotoluminescência de estado estacionário. Nessa apresentação pretendemos abordar alguns marcos do nosso laboratório no processo de produzir e caracterizar diferentes tipos de nanopartículas luminescentes tanto de materiais inorgânicos, quanto de materiais orgânicos.

Prof. Dr. Antônio Ribeiro de Moura
Universidade Federal de Viçosa

A aproximação harmônica auto-consistente em fases coerentes

O magnetismo apresenta uma forte conexão com a spintrônica e o desenvolvimento de ferramentas teóricas é essencial para a compreensão de diversos problemas que envolvem o transporte de spin. Em geral, a geração de correntes de spin em meios magnéticos é realizada por meio da ressonância ferromagnética, processo no qual são utilizados campos magnéticos para excitar um modo coerente de vibração dos spins no material. Na fase coerente, os spins se comportam de forma síncrona e todo o sistema pode ser descrito por uma única função de onda macroscópica. Este comportamento quântico macroscópico é também observado em outros modelos com fase coerente e, portanto, a descrição dos estados coerentes é bem fundamentada. Usualmente, para o caso magnético, a base de estados coerentes é construída em termos da representação bosônica de Holstein-Primakoff, que fornece uma descrição simples apenas no caso de excitações não-interagentes. De modo a considerar flutuações térmicas, adotamos o formalismo da aproximação harmônica auto-consistente (AHAC) que inclui as flutuações por meio de parâmetros de renormalização. Uma vez que a hamiltoniana da AHAC é quadrática, a termodinâmica é determinada de forma direta em qualquer temperatura abaixo do valor crítico. Ao longo dos anos a aproximação harmônica tem sido usada com sucesso para a descrição de transições de fase e neste trabalho nos mostramos que o método é eficiente também na descrição de fases coerentes, em especial no estudo da injeção de correntes de um ferromagneto para um condutor normal. As propriedades da corrente de spin interfacial foram investigadas e os resultados obtidos reproduzem os dados experimentais com precisão.

Prof. Dr. Jakson Miranda Fonseca
Universidade Federal de Viçosa

Engenharia Física: uma carreira com infinitas possibilidades

A engenharia é baseada nas ciências básicas, principalmente física, química e matemática de forma que o engenheiro utiliza ciência para resolver problemas práticos, demandas da sociedade, aplicando a ciência em projetos que geram benefícios para as pessoas, sendo um profissional de ação, que age no problema específico. Enquanto os cientistas descobrem o mundo, investigam a natureza, constroem leis que descrevem o comportamento da natureza e ampliam o nosso conhecimento do mundo e o conhecimento existente, os engenheiros criam um mundo que nunca existiu quando utilizam do conhecimento científico para projetar, seja soluções de problemas específicos ou algo inovador que atenda aos mais diversos anseios da humanidade, considerando as limitações impostas pela praticidade, regulamentação, segurança e custos. O Engenheiro físico destaca-se entre os diversos engenheiros pela sua capacidade de investigar o desconhecido e buscar soluções para problemas nunca antes encontrados, possui uma formação que o diferencia dos demais engenheiros baseada nas ciências físicas e o qualifica a enveredar principalmente em áreas de alto impacto tecnológico sendo um profissional transdisciplinar apto a colaborar com equipes das mais diversas áreas do conhecimento, tornando a Engenharia Física uma carreira com infinitas possibilidades. Particular destaque será dado ao curso de Engenharia Física da UFV em fase final de criação e implantação que trará novas possibilidades para os estudantes interessados em física e áreas correlatas.

Prof. Dr. Joaquim Bonfim Santos Mendes
Universidade Federal de Viçosa

Materiais quânticos: Uma Plataforma Poderosa para investigações Inovadoras em Spintrônica

Na última década, houve a descoberta de fenômenos intrigantes na spintrônica que resultaram em profundas implicações na física básica. Dentre esses fenômenos, destacamos: i) efeito de transferência de torque de spin [J Magn Magn Mater 320 (7), 1190, 2008]; ii) Descobertas dos efeitos Hall de spin direto (SHE) e inverso (ISHE) [Rev. Mod. Phys. 87, 1213, 2015]; iii) Geração de corrente pura de spin por meio dos efeitos de bombeamento de spin e spin Seebeck [J Appl Phys, 97, 10C715, 2005; Nature 455, 778, 2008]; iv) descoberta do efeito Hall anômalo quântico [Phys Rev Lett 101, 146802, 2008]; v) Avanços na spintrônica antiferromagnética [Rev Mod Phys 90, 015005, 2018]; vi) Emergência de fenômenos spintrônicos em materiais quânticos [Focus on Tailoring Spin-Dependent Transport in 2D Materials 2015]. Além disso, a interação entre efeitos magnéticos e topológicos tornou-se um assunto chave na pesquisa em física da matéria condensada e ciências dos materiais, oferecendo grandes oportunidades para explorar fenômenos emergentes na física, como o efeito Hall anômalo quântico, efeito Hall orbital e férmions de Majorana. No entanto, alguns destes efeitos físicos exóticos raramente foram realizados experimentalmente por causa da falta de materiais de trabalho adequados [Sci.Adv, V 5, 6, eaaw5685, 2019]. Assim, um dos objetivos principais deste seminário é mostrar as investigações recentes envolvendo fenômenos spintrônicos que ocorrem em materiais quânticos (tais como isolantes topológicos, semicondutores orgânicos, semimetais de Weyl, grafeno, dicalcogenetos de metais de transição (TMDs), entre outros), com foco em propriedades impulsionadas por superfícies e interfaces. Grande parte das investigações estão sendo realizadas no Laboratório de Materiais Avançados da UFV, que foi implementado recentemente (iniciou suas atividades em 2021) e está localizado no Departamento de Física.

Prof. Dr. Leandro Gutierrez Rizzi
Universidade Federal de Viçosa

Heterogeneidade em caminhadas aleatórias não-markovianas e a resposta mecânica de materiais viscoelásticos

Gelatinas são materiais curiosos que chamam a atenção de qualquer criança, assim como aconteceu com o adolescente James Clerck Maxwell [1], quem mais tarde concebeu umas das primeiras descrições do que conhecemos como viscoelasticidade. Neste seminário apresentarei uma abordagem baseada na microrreologia [2] que permite relacionar o movimento de partículas de prova imersas em géis viscoelásticos com as propriedades mecânicas desses materiais. Considerando a equação de Langevin generalizada, é possível obter expressões para o deslocamento quadrático médio ("mean-squared displacement", MSD) e o coeficiente de difusão dependente do tempo, os quais estão relacionados aos "kernels" de memória e às funções de resposta. Além disso, veremos como o MSD das trajetórias das partículas de prova pode ser utilizado para fornecer estimativas para o módulo de cisalhamento complexo e a viscosidade complexa do material. Também veremos um exemplo de como tal abordagem pode ser utilizada na descrição e na interpretação de dados experimentais obtidos próximos à transição de gelificação, onde estruturas heterogêneas são comumente observadas.

[1] L. Campbell, W. Garnett, The Life of James Clerk Maxwell (MacMillan, Londres, 1882).

[2] L. G. Rizzi. Microrheological approach for the viscoelastic response of gels. Journal of Rheology 64 (2020) 969 [http://doi.org/10.1122/8.0000034]

Prof. Dr. Luciano G. Moura
Universidade Federal de Viçosa

Espalhamento inelástico de luz e experiências multidisciplinares

Inspirados pelo efeito Compton e previsões teóricas, diversos cientistas na segunda década do século XX procuravam observar o espalhamento inelástico da luz visível. Um dos primeiros que obtiveram sucesso foi o físico indiano Chandrasekhara Venkata Raman. Desde então o efeito é conhecido como espalhamento Raman e sua “descoberta” lhe rendeu o Nobel em 1930. As limitações tecnológicas da época foram superadas pelo advento do laser e do sensor CCD a partir da década de 60. Com isso a espectroscopia Raman consolidou-se como uma importante técnica multidisciplinar para estudos em física, química, biologia, artes e outras várias áreas do conhecimento. A análise dos espectros de espalhamento inelástico de luz nos fornece uma impressão digital dos materiais revelando nuances de sua estrutura e dimensionalidade. Em 2012 o departamento de física da UFV introduziu a espectroscopia Raman nessa universidade e interessantes trabalhos envolvendo parcerias internas e externas, principalmente com a química, solos, paleontologia, engenharia civil e engenharia de alimentos, vêm sendo desenvolvidos. Nessa apresentação serão abordados brevemente alguns trabalhos interdisciplinares realizados em parcerias envolvendo o laboratório de espectroscopia Raman da UFV.